名家論
Loading
名家論
2015.03.10 能源
下一代的電從何處來 / 葉宗洸
分享至: 
2015.03.10 能源
下一代的電從何處來 / 葉宗洸
分享至: 
作者: 葉宗洸 / 清華大學工程與系統科學系 主任
縮小字級 放大字級

根據經濟部在甫落幕的「全國能源會議」中提供的資料,台灣地區有八成二的民眾,並不瞭解我國高達98%的能源經由進口而來。對於極度缺乏天然資源但經濟發展卻主要依賴出口貿易的台灣而言,這樣的調查結果,著實令人憂心。在民眾認知普遍不足且民粹論述當道的情況下,不僅既有的能源選項會逐步受到限縮,未來的能源開發也將注定陷入艱難的處境。在這個關鍵時刻,我們必須靜下心來務實地思考,到底要為下一代提供甚麼樣的未來?


由於電力產出為我國進口能源的大宗消費項目,本文將就我國未來的電力供給進行探討。在進入主題之前,必須進行以下的概念說明。首先,在計算全國的電力需求時,本文將以台灣電力公司的發購電量為基準,不考慮發電設施自用的電量與民間自發自用的電量,而前述的發購電量除台電公司本身的發電量,也同時納計自民營電廠或其他民間發電設施購入的電量。接著必須留意的是,各項發電設施均有各自的「裝置容量」,但此裝置容量並不能用來代表實際發電量,更具體的數據是將裝置容量乘上某一特定年度的「容量因數」後,才是該設施在當年度的發電量。因此,若有裝置容量一樣大的太陽能發電機組與核電機組,在分別考慮較接近現況的14%與90%的年度容量因數後,便可發現每年太陽能發電量只有核能發電量的六分之一不到。最後,必須特別說明的是,水力發電可進一步區分為慣常水力發電與抽蓄水力發電,前者具備淨發電效益,後者因本身在儲水運轉時必須耗電,屬於支援性供電而不具淨發電效益,因而通常將兩者予以個別考量。


其次,電源負載的分類也有加強說明的必要。一般而言,電源結構中必須有基載機組、中載機組及尖載機組等相互搭配,以維持電力供應過程中的供需一致。簡單的說,一天二十四小時均須不停供應的為基載電源,我國的基載電力主要來自成本較低且能源安全度(存量)較高的燃煤發電與核能發電,但因兩者發電總合仍無法滿足基載需求,所以也以成本較高但少量的燃氣發電充當基載。中載電源必須可接受調度,於清晨時升載或併聯發電,於深夜用電離峰期間降載或解聯停止發電,適用的電源為燃氣發電。尖載電源必須具備快速起停的能力,可適時增加出力,滿足如盛夏午時的尖峰用電需求,通常以燃氣、燃油發電及抽蓄水力發電為主。至於風力、太陽能及川流水力等發電方式受天候、季節、日照的影響,發電出力不穩定,在大規模儲能技術尚未開發成功之際,無法長時間連續供電,也無法配合調度,屬於間歇性能源,僅能做為小區域自發自用的補充電源。


過去十年,台電公司的發購電量從2004年的1,812億度上升至2013年的2,134億度,仔細檢視這段期間我國的經濟發展狀況,其實並不是很好,但整體的電力需求仍以每年平均1.65%的成長率增加。茲將我國2013年各種供電來源的裝置容量、容量因數、實際發電量及其發電佔比整理於表一,本表另行計入環保署統計103年度全國大型垃圾焚化廠發電後之24.1億度售電量。根據表中資料,化石燃料(含燃煤、燃氣、燃油)的總發電量佔比高達75.5%,核能發電的佔比為18.6%,所有再生能源(含太陽能、風能、慣常水力、生質能)的發電量佔比則為4.5%。


由於目前再生能源的發電佔比相對偏低,因此在本次全國能源會議中,經濟部能源局特別就各項再生能源提出了發展潛力的分析。此外,根據本次會議的最新結論,再生能源的供電比率將由2013年的4.5%,在經技術可行的最大化發展後,於2025年提升至12%左右。其中亦屬於再生能源的海洋能,因技術發展尚未成熟,未被列入考慮。能源局規畫中的做法如下:

1. 太陽能發電:在全國15%的建築物屋頂及4%的嚴重地層下陷與污染地區設置後,裝置容量可由2013年的283百萬瓦(MW)上升至6,200 MW。

2. 陸域風力發電:排除住家環境及生態影響敏感區域後之陸地均設置後,裝置容量可由2013年的610 MW上升至1,200 MW。

3. 離岸風力發電:排除禁止開發區域範圍、航道、漁業權區、斷層帶、保育區、海底纜線,以及油氣管線等區域之海域均設置後,裝置容量由現在的0 MW成為3,000 MW。

4. 慣常水力發電:裝置容量由現在的2,081 MW小幅度增加至2,200 MW。

5. 生質能發電:裝置容量由現在的740 MW增加至950 MW。

6. 地熱發電:排除開發深度大於2,000公尺、坡度大於30%、高程大於1,000公尺及國家公園區域後,裝置容量由現在的0 W成為 200 MW。


暫且不論上述的發展目標是否均可達成,讓我們先假設再生能源發電確實在2025年達到供電比率12%的目標值。接著考慮兩種情境,一是假設屆時相關儲能技術均已發展成熟,因此太陽能發電與風力發電均可順利成為基、中載電源;二是假設屆時相關儲能技術均未完成,前述兩種能源還是只能擔任補充電源。接下來的問題是,若以前述1.65%的發購電量成長率計算,我國在2025年的電力需求將達2,597億度,預計較2013年增加463億度,而在「非核家園」的情況下,2025年時我國的電力來源將僅剩火力發電與再生能源發電。


首先檢視火力發電量的變化情形。依據台電公司《103年長期電源開發方案》,將於2014年至2025年退役的發電機組裝置容量為11,879 MW,同一期間如果林口、大林、通霄三座火力電廠順利完成更新擴建計畫,加上其他規劃中的台電公司發電廠以及民營電廠也均能於2025年完工運轉,則新建機組的裝置容量將有17,369 MW,兩者相減後所增加的5,490 MW功率,在假設機組容量因數為90%的條件下,每年可多發433億度的電。火力發電在2013年的總發電量為1,629億度,2025年將因此增加為2,062億度。


接著考慮技術可行最大化發展後的再生能源發電。2013年的風力發電為16.2億度、太陽能發電為3億度、慣常水力發電為54億度、生質能發電為24.1億度,總發電量為97.3億度,佔當年度全系統發電量的4.5%;2030年的風力發電將為111.5億度、太陽能發電將為65.7億度、慣常水力發電將為57.1億度、生質能發電將為30.9億度、地熱發電將為17.5億度,極大化後的再生能源總發電量將成為282.7億度,若再加上抽蓄水力可提供的31億度電,則總供電量可達313.7億度,佔當年度預估電力需求的12.1%。


將再生能源發電量與火力發電量加總後,則2025年總發電量將為2,376億度,與2,597億度的預估電力需求相較,將有221億度的缺口,茲將相關資料整理於表二。不過,若是前述情境二中相關儲能技術均未完成的情況出現,屆時基、中、尖載的可用電量將短少來自風能與太陽能的177億度,亦即電力缺口將因而上升為398億度。這些數據顯示,腹地有限的台灣即使做到最大化發展,整體再生能源的電力供應依舊無法滿足未來的需求,然而供電不足的窘境究竟要如何解決?


我們可以注意到表一中的容量因數,除了燃氣、燃油與生質能有調整空間之外,其他能源的容量因數皆已達最大值,而受限於生質物與廢棄物的總量已趨飽和,生質能發電的容量因數很難有大幅增加的機會,燃油發電則因成本太高不予考慮。於是,我們只能將燃氣的容量因數調高,但此一動作的前提是必須要有足夠的天然氣可以使用,亦即天然氣接收站與儲氣設施必須隨之新增與擴充。


我國電力系統的備用容量率在2014年已降至14.7%,低於15%的目標值。就算把備用容量率調降至10%,並假設天然氣可以足量供應,每年的燃氣發電也僅能再增加125億度。接下來,不管是情境一的221億度缺口或是情境二的398億度缺口,除非是儘快擴建或新設燃煤及燃氣電廠,否則不用等到2025年,當核二廠一號機於2021年退役,不論再生能源是否已達到最大化發展,限電或缺電的情況便會出現。


如此大的電力缺口,在排除污染性較高的燃煤後,如果全部依賴每度成本3.91元的燃氣發電補足,不僅電價勢必要大幅調漲,我國的人均排碳量也會因此而快速攀升。此外,面對全球性的碳稅課徵,這樣的電源使用配置,將直接衝擊到我國的國際貿易與經濟發展,屆時將不僅是高電價的負擔,還會有經濟層面的損失,例如企業外移、薪資凍漲與物價上揚等。


根據國際原子能總署最新的資料,全世界目前有31個國家正在使用核電,較2011年福島核能事故前的數量為高,有16個國家共69部核能機組正在興建中,在減碳與能源安全的考量下,使用核電仍是全世界電力供給的趨勢。因此,個人認為眼下較佳的出路,應是讓每度發電成本僅0.95元的核一、二、三廠延役,繼續提供每年400億度的電量;並讓未來每度發電成本2元的核四廠儘速商轉,提供每年210億度的電量;同時也要加快再生能源最大化發展的腳步,積極研發儲能技術,冀望未來再生能源至少可擔任尖載或提供電力備用容量的角色。如此一來,在2025年來臨時,我們不但有足夠的電源供應全國的用電需求,也不會出現過高的電價,且在不額外新建火力或核能電廠的情況下,仍可保有一定的備用容量。


過去幾年,台灣社會對於核電議題始終爭執不休,在新設電源開發不易的情況下,電力供給吃緊的現象正在逐漸惡化。然而,攸關國家未來發展甚鉅的全國能源會議卻在爭議不斷中結束,與會代表互不相讓的結果,導致我們所將面臨的嚴峻能源問題,依舊找不到有效的解決之道。個人衷心期盼,同樣出自於愛台灣的心,未來朝野與各民間團體能發揮智慧,摒棄意識形態,在理性和諧的氣氛下充分討論,然後告訴我們的孩子,他們未來的電從何處來!

 

表一、我國2013年各類能源之裝置容量與發電量比較表

類別

2013年

裝置容量

(MW)

2013年

容量因數

2013年

發電度數

(億度)

2013年

發電量佔比

燃煤

11,909

87.8% 916.0

42.44%

燃氣 15,217 49.7% 663.0 30.72%
燃油 3,336 17.1% 50.0 2.32%
核能 5,144 88.9% 400.8 18.57%
風能 610 30.3% 16.2 0.75%
太陽能 283 12.1% 3.0 0.14%
慣常水力 2,081 29.6% 54.0 2.50%
抽蓄水力 2,601 13.6% 31.0 1.44%
41,181   2,134.0  
生質能 740 36.3% 24.1 1.12%
總  計

41,921

  2,158.1 100.00%

 

表二、我國2013年與2025年各類能源之發電量比較表
類別 2013年
發電度數 (億度)
2025年
預估發電度數 (億度)
火力 1629.0 2062.0
核能 400.8 0
風能* 16.2 *111.5
太陽能* 3.0 *65.7
慣常水力 54.0 57.1
抽蓄水力 31.0 31.0
生質能 24.1 30.9
地熱 0 17.5
總  計 2158.1 2375.7
2025年預估用電量需求 2597.0

 *儲能技術未完成時,無法成為基、中、尖載電源。

 

 

(本文內容為作者個人觀點,不代表本部立場)

 

facebook ig line youtube
top